Tecnología de microondas - Diseño del sistema de comunicación de radiofrecuencia de banda Ku

Hoy en día, en la comunicación de radiofrecuencia de la banda ku, cada vez más información es transportada por los medios de comunicación, especialmente el flujo de vídeo multimedia de alta definición, y los requisitos en tiempo real para la transmisión de información son cada vez más altos. Estas necesidades han promovido el aumento gradual de la tasa de transmisión de información. En la actualidad, la tecnología de comunicación inalámbrica está en auge, y las tecnologías LTE y 5G se suceden una tras otra. Según el Teorema de shannon, la velocidad de la comunicación inalámbrica está relacionada con el ancho de banda del canal. Cuanto más ancho sea el ancho de banda, mayor será la velocidad y mayor será la capacidad. En bandas de baja frecuencia como vhf, uhf, L y s, los recursos espectrales están abarrotados y el ancho de banda disponible es limitado. Por lo tanto, el desarrollo de bandas de frecuencia más altas para obtener un ancho de banda de canal más amplio es una tendencia inevitable en el desarrollo futuro de los sistemas de comunicación.

1. diseño del esquema del sistema

El sistema de comunicación de radiofrecuencia de banda Ku propuesto en este trabajo utiliza la tecnología de formación de haz para cubrir todo el rango de 360 ° a través de una antena de matriz de 4 planos distribuida en 90 °. Cada matriz de antenas está compuesta por cuatro elementos de matriz, que están conectados a cuatro elementos tr. Después de la ponderación de amplitud y fase, se recogen en el mismo canal de conversión de frecuencia para formar un sistema mimo de radiofrecuencia 4 * 4. Tanto los recursos públicos como la alta dirección se concentran en una unidad central para facilitar la interconexión. En la estructura del modelo, la unidad central está conectada al componente tr a través de un conector para el control interactivo de señalización, cada uno de los cuales tiene una unidad de procesamiento de Banda base independiente, que también puede enviar el si digital al procesador central para el procesamiento centralizado (para lograr la diversidad espacial).

En comparación con el sistema único de recepción único tradicional, el esquema del sistema se basa en las necesidades generales de anti - interferencia y confidencialidad, alta velocidad, gran capacidad y adaptabilidad de las aplicaciones tácticas militares, teniendo en cuenta factores desfavorables como la longitud de onda de la señal de banda Ku en sí, la fuerte directividad y la gran pérdida de transmisión, utilizando la tecnología de modulación OFDM de flujo principal, el sistema tiene una mayor capacidad de anti - interferencia y, al mismo tiempo, puede obtener una utilización del espectro de alta frecuencia. El uso de la tecnología de antena mimo e inteligente, el uso racional de la diversidad de haces y el rendimiento de la reutilización espacial de la antena, hace que el sistema admita la transmisión de datos de gran capacidad multiusuario, multidireccional y adaptativa en la medida de lo posible, y es eficiente. En el proceso de transmisión de la señal, resistir el impacto del desvanecimiento multipath en el rendimiento del sistema.

Diagrama general del sistema

2. diseño del esquema del subsistema

2.1 diseño de antenas

Para reducir el contorno general del sistema, se utiliza una antena de MICROSTRIP de matriz lineal uniforme en la parte de la antena. La tecnología de formación de haz de matriz puede lograr una alta directividad, una amplia cobertura y resistencia al desvanecimiento. Este tipo de diseño de antena permite el escaneo multisectorial ponderando la amplitud / fase de la fuente de excitación del elemento de matriz de antenas. Además, se puede lograr la medición de la dirección de la fuente de interferencia. Si se detecta interferencia, el patrón de la antena puede formar una onda de trampa cero en la dirección de interferencia a través de la formación de haz para inhibir la interferencia.

2.2 diseño del enlace del transceptor

El enlace del transceptor incluye elementos tr y canales de conversión de frecuencia, que se pueden personalizar según sea necesario, utilizando un atenuador de cambio de fase digital en la parte delantera de la radiofrecuencia de microondas, y en el circuito de conversión de frecuencia, el Segundo Circuito inversor ultra heterogéneo, el modo híbrido como vibración de baja frecuencia de alta frecuencia, lo que reduce la dificultad de realización del compositor de frecuencia, así como el diseño del Circuito del Circuito de control AGC y el circuito de aislamiento protector. el circuito de selección de frecuencia realiza la selección de frecuencia, conversión de frecuencia, linealización y amplificación de la señal recibida, y finalmente la proporciona al procesador de Banda base para la demodulación

Diseño preliminar del sistema

2.3 diseño de cosechadores de frecuencia

Por lo general, hay tres tipos de síntesis de frecuencia disponibles: síntesis de frecuencia directa (ds), síntesis de frecuencia indirecta (pll) y síntesis de frecuencia digital directa (dds).

En este trabajo, a través del diseño del esquema del compositor de frecuencia, se utiliza la mezcla de DDS y pll fuente de punto de frecuencia de duplicación de frecuencia para lograr la salida de impulso de la fuente final de salto de frecuencia, mientras que la fuente de referencia de calibración de fase de recepción y transmisión adopta directamente el método de salto de frecuencia pll y realización, utilizando el esquema de síntesis de fuente de frecuencia de frecuencia completa. la idea de todo el esquema es dividir la señal de vibración cristalina de los cuatro distribuidores de potencia en cuatro canales, y una señal como reloj de la fuente de frecuencia de referencia de calibración de fase de transmisión y recepción, bloquear la señal de banda c a través del salto de frecuencia pll y luego exportar la fuente de frecuencia de referencia de banda Ku a Otra señal se utiliza como reloj de referencia para el procesador de banda base; La tercera señal, como reloj de referencia de la fuente de frecuencia de punto de banda c, genera una señal de frecuencia de punto de banda C a través del bloqueo pll, luego se mezcla con la señal FH emitida por DDS para generar una señal de radiofrecuencia de banda C de conversión ascendente, y luego realiza una segunda duplicación para generar la primera señal de vibración de banda X. Finalmente, se utiliza una señal como reloj de referencia de la fuente de frecuencia del punto de banda l, que está bloqueado por pll para generar una señal de frecuencia del punto de banda L. Luego, el poder se divide en dos formas. Un camino sirve como dos osciladores locales del sistema a través del filtrado y la amplificación, y el otro como reloj de referencia de FH dds, generando señales FH en la banda vhf. Después del filtrado, amplificación y duplicación de frecuencia, se produce una señal FH de banda L y se mezcla, filtra, amplifica y duplica la fuente de frecuencia puntual de banda C para producir la primera señal de vibración de banda X. En el proceso de implementación de la fuente de frecuencia, debido a que se involucran muchos circuitos de síntesis de frecuencia pll, duplicación de frecuencia, mezcla, amplificación, etc., es particularmente importante inhibir o evitar el desorden en el proceso de conversión de comunicación de radiofrecuencia, de lo contrario, la interferencia de la señal dispersa afectará la calidad de la comunicación del sistema.

Esquema de escaneo de la matriz de antenas y la Oficina Principal y secundaria

En la actualidad, los métodos comunes de disipación de calor en ingeniería son la disipación de calor de aletas, el enfriamiento de cambio de fase, la transferencia de calor de tubos de calor, la refrigeración térmica, etc. los métodos más comunes de disipación de calor son los dientes de disipación de calor de aletas, que se pueden dividir en dientes de disipación de calor de placa y dientes de disipación de calor de columna según la estructura de los dientes de disipación de calor. El canal dental del disipador de calor de la columna no está cerrado y el efecto de enfriamiento es significativamente mejor que el diente de enfriamiento del chip, por lo que en este sistema se utiliza el método de enfriamiento del chip. en teoría, cuanto mayor sea el efecto de enfriamiento del diente de enfriamiento, mejor, pero el ancho y la distancia entre los dientes en sí también tendrán un impacto en el efecto de disipación de calor, y su efecto de enfriamiento se puede optimizar mediante simulación de software de diseño térmico (flowerm). Los dientes de disipación de calor están hechos de aluminio para cumplir con los requisitos de reducción de peso.

Además de la estrategia de diseño de disipación de calor asistida anterior, el proyecto también agregó grasa térmica y pegamento térmico en la parte inferior del amplificador de potencia. Al mismo tiempo, cada componente T / R se distribuye para reducir la concentración de fuentes de calor y mejorar la fiabilidad del sistema.

Diagrama de flujo del principio del compositor de frecuencia

3. verificación del diseño de Ingeniería

De acuerdo con el esquema de diseño del sistema, probamos la antena, los resultados de las pruebas de ingeniería del compositor de frecuencia son similares al diseño, el compositor de frecuencia típico DDS + pll ruido de fase y la curva de prueba de tiempo de salto de comunicación de radiofrecuencia

Cuando la entrada de frecuencia intermedia es una señal de modulación de 140 mhz, el modo de modulación es 64qam, el factor de caída de rodadura se establece en 0,3 y la tasa de símbolo es de 30 mbps, el evm de transmisión típico es del 6,09%.

4. escenarios de aplicación

En la actualidad, el sistema de comunicación de radiofrecuencia de banda ancha de alta velocidad basado en la banda Ku se utiliza principalmente en los campos de punto a punto, punto a multipunto, retransmisión y redes ad multinivel, lo que puede ampliar en gran medida el rendimiento y la capacidad del sistema de la comunicación nodal.